若干年后，如果谈起2020年，一定不会忘了这些场景：春运时的火车站和机场，没有人山人海，只有戴着口罩的**人员;大年初一的街头，没有走亲访友的热闹，只有稀疏的货车在朝着同一个方向飞驰;口罩、酒精、消毒液成为热词，朋友圈里充斥着求购口罩的声音。而这一切，都因为一个陌生的医学名词——新型冠状病毒。

那病毒是什么呢?它们是如何繁殖的?领科教育上海校区A2-6的雷同学制作的关于病毒知识的视频或许能给我们低年级的同学带去一些思考。

领科教育上海校区学姐给你云补课

病毒的基本结构

首先，引入一个词叫做acellular也就是非细胞组成的，这就是很多人知道的病毒是没有生命的，因为病毒没有办法自身完成新城代谢也没有办法不依靠宿主进行繁殖，所以它不能被我们纳入生物的分类当中。但它也不是死的东西因为跟单纯的化学物质相比，它自身携带着遗传物质，所以病毒其实是shady area between life forms and chemiacls，介于生命体和化学物质之间的一种东西。

接着，我们来看一下病毒的结构。病毒其实是一个非常简单的结构，可以理解为形态各异的蛋白质外套*裹着里面重要的遗传物质。遗传物质有DNA或者RNA，而外壳capsid的主要作用呢就是保护里面的遗传物质，capsid是由很多个这样的小球叫capsomere微粒组成的。以上是所有病毒都具有的结构。左边这幅图就是一个typical的结构简单的二十面体的腺病毒，而spike protein刺突蛋白呢是有特异性能够与宿主细胞膜上的受体结合帮助病毒进入宿主细胞的蛋白质，简称S蛋白，这个呢也是研究新型冠状病毒结构的关键，因为它和SARS病毒一样，通过spike protein与黏膜上皮细胞的ACE2受体相互作用与细胞融合进入我们体内。因为这一点，spike protein也可能会成为进行疫苗和抗体研究的一个比较理想和有效的靶点。

最后，就是略显复杂一些的结构。很多病毒在capsid外还*裹着一层envelope*膜，在*膜上有glycoprotein糖蛋白，其实就是刚刚提到的spike protein。有些人会说，啊好像这个跟细胞膜结构有点像诶，没错这层*膜就是病毒在宿主细胞内复制完在被送出细胞的时候裹上的一层宿主细胞的phospholipid细胞膜，不过上面的glycoprotein是病毒自己的，后面我们会讲到具体这是怎么形成的。有一些病毒体内还会有自己的enzyme酶，通常是宿主细胞内不存在的酶，一般携带RNA的病毒体内能找到一些酶比如说RNA polymerase等等，后面在分类里我也会再提到。

病毒的分类

其实病毒会根据结构、形态、宿主类型、性质等特征进行分类。但这次我要讲的是根据它们的遗传物质来分的类。可能大家**反应也跟我一样，那不就是DNA病毒和RNA病毒吗。其实并没有那么简单。值得一提的是，病毒的遗传物质跟一般生物不一样。我们印象里DNA是双链RNA是单链，但在病毒里，DNA和RNA都分别可以以单链或双链的形式存在，是不是很神奇。所以我们用遗传物质的形式把病毒分成了六个大类：double stranded DNA、single stranded DNA、double stranded RNA、single stranded RNA。除了以上四类，在single stranded RNA这一大类中，我们又根据rna的性质分成了三类。也就是视频中的四五六类。这其实要跟病毒在宿主体内的复制有关。病毒借助宿主细胞内的蛋白质制造工序来转录自己携带的遗传物质以达到制造它所需要的病毒蛋白。回顾一下正常细胞制造蛋白质的过程，一条DNA中有一条链作为template，在转录的过程中生成MRNA，MRNA在ribosome上合成蛋白质。来看一下**二三类病毒，它们都可以有一条链作为template通过转录形成mRNA由此形成蛋白质。但是singlestranded RNA却又两种不同的情况，这条RNA可以作为mRNA直接进入translation，也就是第四类。它也有可能是mRNA的template，携带这种RNA的病毒被列为第五类。第五类病毒，它需要用自身携带的enzyme根据自己的RNA合成一条complementary与它互补的RNA链作为MRNA然后进入translation。宿主细胞里并没有这种酶，这就是为什么之前我说一些RNA病毒会自己携带viral enzyme了。

最后，还有一类single stranded RNA病毒，也就是第六类，著名的HIV就是这种病毒，它携带的enzyme能够把RNA逆转录成DNA嵌入宿主细胞的DNA中，让它跟随宿主细胞的DNA转录帮助自己生成蛋白质。

病毒的复制周期

关于病毒的复制周期，其实要讲的是病毒进入宿主细胞体内后如何利用细胞内的机制制造更多新的病毒。先来看一个结构最简单只有capsid和dna的病毒。当病毒通过capsid上的蛋白质进入到宿主细胞后，它就会解体，释放capsid protein和DNA。DNA上携带了编码capsid protein的基因，因此它通过宿主细胞酶的作用生成MRNA进入蛋白质制造的工序，生成更多capsid protein，而DNA自身也在酶的作用下复制出更多条相同的DNA。最后，capsid protein和DNA重组，形成新的病毒，它们移除体外寻找下一个宿主细胞进行下一次的复制。

再看一个例子，有envelope的RNA病毒。这里的RNA是作为mRNA的template。前面的过程一样通过envelope上的glycoprotein与细胞膜的receptor结合进入宿主细胞体内，RNA作为template生成MRNA，这次除了capsid protein，还会生成glycoprotein。我们知道在蛋白质上加糖链的过程是在ER内质网和Golgi Apparatus上进行的，最后会以vesicle的形式运出细胞体外，这些glycoprotein会被运到宿主细胞膜上，等到capsid protein和新复制的rna结合完成运出细胞时，细胞膜连同上面的glycoprotein会同*裹在外面，这样完整的病毒就生成了。

接下来，我想讲一下HIV这个非常特别的replicative cycle。HIV的宿主细胞通常是免疫系统的helper T cell。首先，HIV envelope上的GP120和GP41protein与细胞膜上的CD4 receptor和CCR5 coreceptor作用进入T细胞中。然后，HIV里的几个非常厉害的酶就会发挥作用。reverse transcriptase逆转录酶会将HIV的RNA逆转录成DNA。Reverse transcriptase有两个active site：polymerase和ribonucleaseH，polymerase将rna转录为一条RNA和一条DNA合成的双链，而ribonucleaseH把它们分开，单链DNA再次进入polymerase合成双链的DNA。intergrase整合酶将DNA的3’和5’切断一部分形成sticky end，这样DNA就能够顺利插入宿主细胞自己的DNA中，并且参与细胞自身的蛋白质合成。最后的步骤就跟之前的例子一致了。我们说这是一个非常聪明的办法是因为HIV利用逆转录的方法将自己的基因永久插入宿主细胞的DNA中，随宿主基因组一同复制，进入潜伏期，在某些条件下激发进入lytic cycle便会生成新的病毒，宿主细胞被破坏新病毒会寻找下一个宿主细胞去感染。

在这次的疫情面前，与其频繁地刷着最新的新闻感到愤愤不平，不如多学习一些关于疾病本身的知识，更理性的去做出判断和应对措施。在神秘的事物前，比较好的方法就是去了解它，这样我们才能更自信地去面对。

—— 雷同学

回望过去，威胁人类的各种病毒并不少见。甚至可以说，人类的历史，就是与病毒抗战的历史。从开始的大范围恐慌茫然、到医疗人员的暗中摸索、再到实验室的分工合作。历史的进步是血与泪换来的。所以，在这个特殊的“宅家学”中，同学们不妨跟着雷兰昕学姐学习了解病毒，找寻击败病毒的答案。

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